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7/24/2019 Sistema Para Reducir Energia Mediante El Control de Temperatura en Casas Habitacion
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Protocolo para crear un sistema para reducir energa mediante elcontrol de temperatura en casas habitacin
Por:
Itzel Lpez Hernndez
Matrcula: 60883
Daniel Ziga Castro
Matrcula: 64571
Asesor: Dr. Jos Mireles Jr. Garca
Presentado a la academia de Sistemas Digitales y Comunicaciones
del Instituto de Ingeniera y Tecnologa de
La Universidad Autnoma de Ciudad Jurez
para su evaluacin
LA UNIVERSIDAD AUTNOMA DE CIUDAD JUREZ
Septiembre 2009
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Introduccin.
El impacto ambiental que se genera con el consumo de energa elctrica es muy
relevante en la actualidad ya que para producirla se generan contaminantes como xidos
de nitrgeno y dixido de carbono, esto influye en el cambio climtico que estamos
viviendo. Segn datos de la revista del consumidor de la Profeco en Mxico la
electricidad es el energtico ms utilizado despus del gas LP y la lea.
Hoy en da es necesario aportar ideas que nos ayuden a disminuir este problema de
contaminacin y gran costo econmico. Con el uso de la tecnologa las personas hemos
conseguido tener una vida ms cmoda y porque no crear una manera de disfrutar de un
clima agradable en las habitaciones. A todos nos incomoda pasar fro o calor o
cambiarnos de lugar buscando la parte ms agradable dentro de un lugar cerrado.
Se han creado muchos productos y sistemas de control con el fin de ahorrar energa y en
este proyecto se disear un sistema que nos permitir ahorrar energa elctrica, as
como disfrutar de mayor comodidad en cuanto al clima en habitaciones mediante
control de ventilacin utilizando comunicacin RF con el fin de homogenizar la
temperatura y generar una contribucin importante al ahorro econmico y energtico.
Se realizar investigacin documental para determinar que sensores, actuadores y demscomponentes se deben utilizar. Con el apoyo de herramientas como software de
programacin y simulacin se llevar a cabo la implementacin de este proyecto.
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Antecedentes
En los ltimos aos se han desarrollado muchos productos para el ahorro de energa en
varios pases debido a la necesidad de reducir costos en beneficio a la economa y al
medio ambiente.
Entre las novedades estn los dispositivos que utilizan radiofrecuencia, por ejemplo
apagadores de luz, controles para iluminacin, centros de entretenimiento y para la
velocidad de ventiladores. Tambin se ha creado un control para el agua que permite
seleccionar agua caliente con el fin de evitar el desperdicio de agua fra, funciona
mediante una seal por radiofrecuencia que activa el dispositivo.
En cuanto al clima en casas habitacin, un sistema para ahorrar energa es el de sueloradiante que era utilizado desde la antigedad por pases como Roma y Espaa en la
poca medieval, se trata de introducir calor en el suelo y dejar que la radiacin ambiente
las casas. Esto se consegua construyendo canales por debajo del suelo y haciendo
circular aire caliente por ellos. Hoy en da se ha modernizado este sistema con tuberas
de polietileno por las cuales circula agua entre 35 y 45 C.
Ahora es muy importante seguir generando ideas aprovechando la tecnologa para
mejorar nuestra calidad de vida y ayudar tambin al medio ambiente.
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Fundamentos Tericos.
La energa elctrica es un recurso del que dependen muchas actividades en la
actualidad, si llega a faltar se produce un caos ya que estamos muy acostumbrados a
todo lo que funciona con electricidad.
El ahorro de energa es por lo tanto de vital importancia para seguir utilizndo la energa
en el futuro, y en el presente nos beneficia tambin en la reduccin de gastos.
Tenemos en casas habitacin gran nmero de aparatos que requieren conectarse a un
tomacorriente, adems las tarifas por consumo de luz se han incrementado
ltimamente. Cuando utilizamos sistemas de clima como la calefaccin o la
refrigeracin el consumo de energa elctrica aumenta considerablemente afectandonuestra economa, por lo que se requiere buscar soluciones haciendo uso de la
tecnologa para reducir el consumo de energia que es un recurso tan importante.
Se ha vuelto una necesidad el crear formas para solucionar este problema de alto costo
econmico por lo cual en este proyecto se utilizarn varias herramientas de la
tecnologa a favor del ahorro de energa como el uso de de microcontroladores con
funciones para comunicacin por radiofrecuencia, sensores, y otros componentes para
lograr el sistema que permita homogenizar la temperatura en las casas habitacin y as
evitar gastos innecesarios.
Microcontrolador
Un microcontrolador es un ordenador en un nico chip que funciona con un conjunto de
instrucciones almacenadas en su memoria. Normalmente se programan en lenguaje
ensamblador o con un lenguaje de alto nivel como el lenguaje C. Cuando se ejecuta un
programa en este chip, se reciben datos desde los dispositivos externos (entradas), semanipulan y se envan a dispositivos externos (salidas).
Algunos recursos con los que cuentan los microcontroladores son:
- Voltaje de alimentacin entre +2.5v y +6v
- Reloj. Se implementa con un cristal y dos capacitores, algunos
microcontroladores cuentan con reloj interno.
-
Temporizadores. Son contadores que se activan con una seal de reloj interna oexterna.
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Radiofrecuencia
Se refiere cuando la corriente alterna es alimentada a una antena, entonces se genera un
campo electromagntico tambin llamado onda de radio el cual es adecuado para
transmisin de datos de modo inalmbrico. El rango del espectro de radiacinelectromagntica es desde 9 KHz hasta miles de GHz.
La longitud de onda de un campo RF es inversamente proporcional a la frecuencia.
Al incrementarse la frecuencia de las ondas electromagnticas ms all del espectro de
RF, su energa toma la forma de ondas infrarrojas (IR), visibles, ultravioletas (UV),
rayos X y rayos gama.
Muchos dispositivos inalmbricos hacen uso de tecnologa RF como el telfono celular,
radio, televisin, comunicaciones satelitales. Algunos dispositivos operan en IR o en
frecuencias bajas de luz visible, su longitud de onda es ms corta que la de RF,
ejemplos de estos dispositivos son el control remoto de televisin, teclados y ratones
inalmbricos.
Optoacoplador
Un optoacoplador es un dispositivo de emisin y recepcin de luz que funciona como
un interruptor. Consiste en un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexin entre ambos
es ptica. Se utiliza cuando se va a conectar corriente alterna y circuitos de bajo voltaje.
Sensor
Un sensor es un dispositivo que a partir de la energa del medio donde se mide, da una
seal de salida transducible que es funcin de la variable medida, es decir toma una
seal del medio fsico y la convierte a una seal de voltaje.
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Justificacin
En temperaturas extremas la prdida de energa en casas habitacin es alta debido a que
generalmente la temperatura es ms alta en la parte superior con respecto a las partes
bajas.
Se pretende a travs de este proyecto desarrollar una propuesta para reducir las prdidas
de energa al homogenizar el clima por medio de ventiladores.
Metodologa.
Objetivo general.
Utilizar un circuito electrnico con sensores, actuadores y comunicacin RF para
controlar y homogenizar la temperatura de habitaciones.
Esquema de bloques
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SISTEMA PARA REDUCIR ENERGA MEDIANTE EL CONTROL DETEMPERATURA EN CASAS HABITACIN
Los miembros del comit revisor que aprobaron el proyectode titulacin de: nombre del (os) alumno (s)
Jos Mireles Jr. Garca ___________________________________________
Roberto Ambrosio Lzaro ___________________________________________
Ernesto Sifuentes de la Hoya ___________________________________________
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Declaratoria de Originalidad
Nosotros Itzel Lpez Hernndez y Daniel Ziga Castro, declaramos que el material
contenido en este documento es original y no ha sido copiado de ninguna otra fuente, ni
ha sido usado para obtener otro ttulo o reconocimiento en sta u otra institucin de
educacin superior.
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AGRADECIMIENTOS
Deseo expresar mi gratitud al Dr JosMireles Jr. Garca por permtirnos trabajar con este
proyecto del cual el tuvo la idea y en especial manera al Ing. Ral Rubio Reyes quin fue
un gran apoyo durante este trabajo aportando sus conocimientos y experiencia, tambin
agradezco a mis amigos por animarme en cada momento y a mi compaero de proyecto por
su trabajo y esfuerzo.
Deseo dedicar todos mis logros incluyendo primeramente a Dios quien me ha dado lacapacidad para esta vocacin, a mis padres quienes son la fuente de mi inspiracin y a mis
hermanos que me brindaron su apoyo incondicional durante toda la carrera.
Itzel Lpez Hernndez.
Quiero agradecer a mis padres y hermanos por darme su apoyo durante toda mi carrera, en
especial a mi madre Martha Elizabeth Castro Blanco, tambin quiero agradecer a Dr. Jos
Mireles Jr. Garca por confiar en nosotros para realizar este proyecto y por toda su ayuda, y
un agradecimiento muy especial a mi compaera de proyecto Itzl Lpez Hernndez por
confiar en m y por todo su apoyo, adems de haber sido durante el proceso de nuestro
proyecto como una maestra para m.
Dedico este proyecto a mis padres y hermanos y principalmente a las tres personas ms
importantes de mi vida, a mi madre Martha Elizabeth Castro Blanco, a mi esposa Alejandra
Correa Luna y a mi hijo Santiago Ziga Correa porque ellos han sido una gran motivacin
para m.
Daniel Ziga Castro.
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LISTA DE FIGURAS
Figura Pgina
Figura 3.1 Encapsulado DIP del PIC16F84A.......................................................................10
Figura 3.2 Diagrama de pins del PIC16F84A.......................................................................11
Figura 3.3 Encapsulado DIP del PIC16F877A.....................................................................12
Figura 3.4 Sensor de temperatura LM35 encapsulado plstico visto por abajo. ..................15
Figura 3.5 Sensor de temperatura LM35 conexin tpica.....................................................16
Figura 3.6 Transmisor TWS-434A. ......................................................................................17
Figura 3.7 Receptor RWS-434..............................................................................................17
Figura 3.8 Ejemplo de codificacin [9]. ...............................................................................18
Figura 3.9 Formato de un cero..............................................................................................18
Figura 3.10 Formato de un uno.............................................................................................19
Figura 3.11 Resolucin de un ADC......................................................................................20
Figura 4.1 Diagrama de bloques del sistema. .......................................................................22
Figura 4.2 Resultado de la prueba en una casa con calefaccin sin activar ventilador. .......23
Figura 4.3 Resultado de la prueba en una casa con calefaccin activando ventilador. ........23
Figura 4.4 Comportamiento de la temperatura en habitacin con calefaccin.....................24
Figura 4.5 Conexin del transmisor......................................................................................25
Figura 4.6 Conexin de prueba para el transmisor. ..............................................................25
Figura 4.7 Conexin del circuito de prueba funcionamiento AT89S52...............................26
Figura 4.8 Conexin del circuito de prueba AT89S52- LCD...............................................27
Figura 4.9 Conexien de circuito de prueba para optoacoplador y TRIAC. ........................28
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Figura 4.10 Conexin del circuito para probar el PIC16F84A.............................................29
Figura 4.11 Conexin de PIC16F84A y sensor I2C. ............................................................30
Figura 4.12 Conexin de PIC16F877A y sensor I2C. ..........................................................30
Figura 4.13 Conexin de circuito para probar sensor TCN75.............................................31
Figura 4.14 Diagrama del programa transmisor ...................................................................33
Figura 4.15 Subrutina Undec................................................................................................34
Figura 4.16 Subrutina Aumenta............................................................................................35
Figura 4.17 Subrutina Disminuye.........................................................................................36
Figura 4.18 Subrutina Acciona. ............................................................................................37
Figura 4.19 Construccin de circuito de interfaz de usuario. ...............................................37
Figura 4.20 Diagrama de Flujo para el receptor. ..................................................................39
Figura 4.21 Diagrama de Flujo del Sistema. ........................................................................40
Figura 4.22 Conexin del Transmisor TWS-434A al Decodificador...................................41
Figura 4.23 Conexin del Receptor Rws-434 al Decodificador RWS-434..........................42
Figura 4.24 Circuito Transmisor en protoboard. ..................................................................43
Figura 4.25 Circuito transmisor con antena..........................................................................43
Figura 4.26 Circuito transmisor mostrando dato a enviar. ...................................................44
Figura 4.27 Circuito receptor en protoboard. .......................................................................44
Figura 4.28 Circuito receptor mostrando dato recibido del TWS-434. ................................45
Figura 4.29 Lectura de LM35 y salida digital. .....................................................................45
Figura 5.1 Diagrama de la Etapa Transmisora. ....................................................................47
Figura 5.2 Circuito en protoboard de la interfaz de usuario. ................................................48
Figura 5.3 Circuito interfaz de usuario con transmisor en protoboard .................................48
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Figura 5.4 Diagrama de conexin etapa receptora. ..............................................................50
Figura 5.5 Circuito receptor para activacin de ventilador ..................................................51
Figura A Circuito transmisor reducido .................................................................................53
Figura B Circuito receptor reducido .....................................................................................53
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LISTA DE TABLAS
Tabla Pgina
Tabla 3.1 Descripcin la funcin de cada una de las terminales. ........................................ 11
Tabla 3.2 Descripcin las caractersticas del PIC16F877A. ................................................ 1
Tabla 3.3 Descripcin de pins del sensor digital TCN75..................................................... 1
Tabla 3.4 Descripcin de los registros del sensor digital TCN75........................................ 1
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Indice
Declaratoria de Originalidad.................................................................................................iii
AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iv
LISTA DE FIGURAS............................................................................................................ v
LISTA DE TABLAS .......................................................................................................... viii
INTRODUCCION ................................................................................................................. 1
Introduccin a la Problemtica .............................................................................................. 3
2.1 Objetivo general........................................................................................................ 4
2.2 Planteamiento del Problema Tcnico ....................................................................... 4
2.3 Justificacin .............................................................................................................. 4
2.4 Delimitacin.............................................................................................................. 5
CAPITULO 3 ......................................................................................................................... 6
Marco Terico........................................................................................................................ 6
3.1 Conceptos.................................................................................................................. 6
3.1.1 Ahorro de Energa .............................................................................................. 6
3.1.2 Clima Artificial .................................................................................................. 6
3.1.3 Aire Acondicionado ........................................................................................... 6
3.1.4 Calefaccin......................................................................................................... 7
3.1.5 Homogenizacin de Temperatura ...................................................................... 7
3.1.6 Ventilador de Techo........................................................................................... 8
3.1.7 Radiofrecuencia (RF) ......................................................................................... 8
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3.1.8 Transmisin Digital........................................................................................... 9
3.1.9 Receptor de Comunicaciones ............................................................................. 9
3.2 Microcontrolador ...................................................................................................... 9
3.2.1 Microcontrolador AT89S52............................................................................... 9
3.2.2 Microcontrolador PIC16F84A ........................................................................... 9
3.2.3 Microcontrolador PIC16F877A ....................................................................... 12
3.3 Sensor de Temperatura Serial TCN75.................................................................... 13
3.4 Optoacoplador......................................................................................................... 14
3.5 TRIAC .................................................................................................................... 14
3.6 Sensor de Temperatura ........................................................................................... 15
3.6.1 Sensor de Temperatura LM35.......................................................................... 15
3.7 Pantalla de Cristal Lquido (Liquid Crystal Display LCD).................................... 16
3.8 Mdulo receptor RWS-434 y trasmisor TWS-434................................................. 16
3.9 Codificador CIP-8E ................................................................................................ 17
3.10 Decodificador CIP-8D .......................................................................................... 19
3.11 Convertidor Anlogo Digital (ADC) .................................................................... 19
Desarrollo del Prototipo ....................................................................................................... 21
4.1 Anlisis de material ................................................................................................ 24
4.1.1 Comunicacin Inalmbrica .............................................................................. 24
4.1.2 Componentes para Interfaz con el Usuario ...................................................... 26
4.1.3 Activacin de Alimentacin de Corriente Alterna con Seal Digital.............. 27
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4.1.4 Control de Activacin del Ventilador .............................................................. 28
4.1.5 Funcionamiento del Sensor TCN75................................................................. 29
4.1.7 Resultado del Anlisis...................................................................................... 31
4.2 Implementacin del Proyecto. ................................................................................ 31
4.2.1 Interfaz con el usuario...................................................................................... 31
4.3 Programa para funcionamiento del circuito receptor.............................................. 38
4.4 Prueba del transmisor TWS-434A.......................................................................... 41
4.5 Prueba del Receptor RWS-434 ............................................................................... 41
Resultados ............................................................................................................................ 46
5.1 Etapa transmisora.................................................................................................... 46
5.2 Etapa receptora ....................................................................................................... 48
APNDICE A ...................................................................................................................... 54
APENDICE B ...................................................................................................................... 61
APENDICE C ...................................................................................................................... 70
Referencias.................................................................................................................... 91
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CAPITULO I
INTRODUCCION
El propsito de este sistema es ayudar a las personas a tener un ahorro considerable de
energa en las casas habitacin y en el pago de servicios, ya sea de luz o gas. En la
actualidad el pago de estos servicios es elevado en periodo de verano e invierno ya que las
casas habitacin consumen mayor energa para tener un ambiente agradable dentro de los
hogares. En verano por ejemplo el aire acondicionado dura una gran parte del da
encendido, de igual manera, en la estacin de invierno la unidad de calefaccin dura mucho
tiempo funcionando.
Para el caso de invierno, los aparatos de clima artificial consumen ms energa de la
necesaria debido a que el aire que sale de los ductos no se distribuye de manera uniforme,
ya que gran parte de aire caliente se mantiene en la parte superior de las habitaciones. En
este proyecto se pretende elaborar un sistema que permita homogenizar la temperatura en
habitaciones que ya cuenten con aire y/o calefaccin instalada, mediante el control de larecirculacin del aire. El sistema consiste en controlar el accionamiento de un ventilador de
techo el cual ser activado por medio de un dispositivo con comunicacin inalmbrica (por
Radiofrecuencia).
Especficamente, se desarrollar un circuito receptor con sensor de temperatura e interface
de comunicacin para activar con una seal digital la corriente alterna del ventilador. El
sistema de control utilizar un microcontrolador AT89S52 programado para mostrar
mensajes en un LCD los cuales proveern al usuario la forma de seleccionar la temperaturadeseada. El programa del microcontrolador tambin tendr cdigo de funcionamiento por
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medio de unos botones con los que el usuario podr hacer uso de este control, y por ltimo
un transmisor permitir enviar la seal al circuito receptor del ventilador.
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CAPITULO 2
Introduccin a la Problemtica
En la actualidad las personas que cuentan con aparatos de clima artificial instalados en su
casa pagan a la compaa de luz, y a las compaas de gas grandes cantidades de dinero,
debido al gasto de energa que representa tener un ambiente controlado de temperatura en
sus casas.
El ahorro de energa es muy importante en la actualidad, principalmente para cuidar nuestro
medio ambiente y al mismo tiempo para cuidar nuestra economa. En las casas habitacin
aun cuando cuentan con clima artificial la temperatura no se distribuye de manera
uniforme, ya que se mantiene una diferencia entre la parte baja de la habitacin y la parte
alta, esto provoca que la temperatura deseada no se alcance con rapidez y que se consuma
mucha energa. Con un sistema que permita homogenizar la temperatura en las casas
habitacin, es posible el ahorro de algunos servicios con los que cuentan los hogares como
son la luz y el gas.
Un principio esencial para el ahorro de energa consiste en conocer cmo funcionan los
equipos y aparatos en el hogar, los diferentes tipos de energa que consumen y el distinto
aprovechamiento que podemos obtener de ellos.
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Es importantsimo tener en cuenta la trascendencia y la complejidad que hoy en da supone
el consumo de energa en el interior de los hogares por lo que es necesario hacer un buen
uso de esta energa y utilizarla con la mayor eficiencia.
2.1 Objetivo general
El objetivo general de este proyecto es utilizar un sistema con sensores, actuadores,
microcontroladores y comunicacin RF para controlar el accionamiento de un ventilador de
techo para con ello homogenizar la temperatura de habitaciones, para as lograr un
ambiente de mayor confort y tambin ahorrar energa.
2.2 Planteamiento del Problema TcnicoDesarrollar un circuito transmisor que permita controlar de manera inalmbrica el
funcionamiento de un ventilador de techo, y que permita variar por medio de una interfaz
con el usuario los lmites de la temperatura que se desea en la habitacin donde est
instalado el ventilador. De esta forma, un circuito receptor localizado en el ventilador
accionar ste mediante una comparacin de la temperatura recibida del circuito transmisor
y la temperatura leda por un sensor localizado tambin en el ventilador, una vez hecha esta
comparacin se tomar la decisin por el circuito receptor de activar o no la alimentacin
del ventilador para as distribuir el aire y homogenizar la temperatura en la habitacin.
2.3 Justificacin
Actualmente en temperaturas extremas la prdida de energa en casas habitacin es grande,
Cuando encendemos nuestra calefaccin, el aire caliente tiende a subir debido a que este es
ms ligero que el aire fro y por ello la temperatura es ms alta en la parte superior de una
habitacin con respecto a las partes bajas.
Se pretende a travs de este proyecto desarrollar una propuesta para reducir las prdidas de
energa al homogenizar el ambiente por medio de un ventilador que distribuya el aire de
manera uniforme en las casas habitacin.
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2.4 Delimitacin
Se utilizarn componentes de bajo costo para elaborar el proyecto lo cual permitir mostrar
el funcionamiento del sistema. (La circuitera podra ocupar menos espacio concomponentes ms sofisticados y de mayor costo lo cual permitira obtener un producto ms
comercializable).
El diseo del proyecto se limita a desarrollar un prototipo para controlar un ventilador con
opcin a expandir el nmero de ventiladores para diferentes habitaciones.
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CAPITULO 3
Marco Terico
3.1 Conceptos
3.1.1 Ahorro de Energa
El ahorro de energa se refiere a hacer un uso eficiente de la energa evitando
desperdiciarla. En el proceso de produccin de energa elctrica se queman combustiblesfsiles que afectan directamente al medio ambiente, uno de los fenmenos que se presenta
por la quema de combustibles fsiles es el efecto invernadero en el cul los rayos solares
quedan atrapados en la atmsfera terrestre provocando un calentamiento en nuestro planeta
y generando cambios climatolgicos importantes en el mismo. Al crear sistemas que
permitan ahorrar energa se est contribuyendo al cuidado de nuestro medio ambiente.
3.1.2 Clima Artificial
La funcin de los sistemas de clima artificial para una casa habitacin es mantener un
ambiente agradable ya que as se puede realizar las tareas en el hogar o descansar sin
preocuparse del clima exterior. Una desventaja del clima artificial es que para gozar de sus
beneficios se paga un precio alto en recibos de luz y gas, adems se afecta al medio
ambiente.
3.1.3 Aire Acondicionado
El mecanismo de un aire acondicionado (refrigeracin) para casa habitacin tiene treselementos principales: un compresor, un condensador y un evaporador, por medio de los
cuales realiza una operacin de intercambio de calor que permite el enfriamiento de la
habitacin. Los aparatos de aire acondicionado utilizan un gas el cual entra al compresor y
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sale como aire caliente que fluye hacia un condensador, cuando el aire sale condensado
baja su temperatura y por la presin cambia a estado lquido, al llegar al evaporador el
lquido se convierte de nuevo en gas. Cuando el lquido va cambiando a gas y se evapora,extrae calor del aire que lo rodea lo que lo ayuda a pasar al estado gaseoso, al salir del
evaporador es un gas fro a baja presin, luego vuelve al compresor para repetir el proceso.
Un ventilador conectado al evaporador mueve el aire que circula en el interior de la
habitacin, el aire caliente es ms ligero que el aire fro por lo que el aire caliente se
concentra en la parte superior de la habitacin. El aire caliente se utiliza para enfriar el gas
en el evaporador. A medida que el calor se va extrayendo del aire que hay en la habitacin,
ste se va enfriando y se devuelve a la habitacin hasta que llega a la temperatura deseada.
3.1.4 Calefaccin
Algunos sistemas de calefaccin funcionan como el de aire acondicionado, este tipo de
calefaccin tiene como su elemento ms importante una bomba de calor.
En el proceso de funcionamiento, la bomba de calor toma el aire del exterior de la
habitacin el cul esta a baja temperatura en tiempo de fro, luego la bomba comprime el
aire haciendo que su temperatura suba, posteriormente el calor se libera hacia el interior de
la habitacin como aire caliente. El aire es un gas y por sus propiedades qumicas al
calentarse se hace ms ligero, esto hace que se mantenga en la parte alta de la habitacin.
3.1.5 Homogenizacin de Temperatura
Como ya hemos visto la calefaccin y el aire acondicionado liberan una cantidad de aire
hacia el interior de la habitacin donde se encuentran instalados para proporcionarnos un
ambiente agradable en tiempo de fro o calor, la temperatura en las habitaciones no se
distribuye de manera homognea porque como ya hemos mencionado,el aire al aumentarde temperatura disminuye su densidad, lo cual hace que suba, de manera que la habitacin
es ms caliente en la parte superior.
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Con la ayuda de un ventilador de techo se puede homogenizar la temperatura, ya que ste al
girar permite que el aire circule hacia el suelo, distribuyndolo por la habitacin.
3.1.6 Ventilador de Techo
El uso de ventiladores de techo aumenta el confort trmico en las habitaciones y no gasta
mucha energa. La funcin de un ventilador de techo para casa habitacin es la de mover el
aire que circula dentro de la habitacin con direccin hacia el suelo. Se compone
principalmente de un motor y cuatro o seis aspas.
3.1.7 Radiofrecuencia (RF)
Cuando la corriente alterna es alimentada a una antena, entonces se genera un campoelectromagntico tambin llamado onda de radio el cual es adecuado para transmisin de
datos de modo inalmbrico.
RF es una transmisin inalmbrica de datos por medio de seales anlogas/digitales en una
frecuencia en particular
Muchos dispositivos inalmbricos hacen uso de tecnologa RF como el telfono celular,
radio, televisin, comunicaciones satelitales.
La longitud de onda de un campo RF es inversamente proporcional a la frecuencia.
=c/f
c = 3x10 pow(8) = velocidad de la luz (metros por segundo)f = Frecuencia de recepcin (Hertz) = Longitud de onda (metros)
Las ondas electromagnticas conocidas como ondas de radio se propagan a una velocidad
de 3x108m/s en lnea recta.
Una seal de RF est comprendida entre los 30KHz y los 300 GHz.
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3.1.8 Transmisin Digital
Es la transmisin de seales digitales (binarias o pulsos digitales de valores discretos) entre
dos o ms sistemas de comunicaciones.
3.1.9 Receptor de Comunicaciones
El receptor de comunicaciones es un dispositivo que recibe la seal transmitida, la
decodifica y la presenta en forma reconocible, tiene la tarea de obtener la informacin que
se le transmite y debe ser capaz de seleccionar la seal correcta, as como suministrar una
amplificacin suficiente para recuperar la seal modulada.
3.2 Microcontrolador
Un micorcontrolador es un circuito integrado diseado especialmente para controlar
sistemas electrnicos, que consta de todos los elementos de una computadora, como
memoria de programa, memoria RAM, memoria EEPROM y puertos de entrada y salida.
Elementos generales de los microcontroladores:
- Entrada para voltaje de alimentacin entre +2.5v y +6v
- Reloj. Se implementa con un cristal y dos capacitores, algunos microcontroladorescuentan con reloj interno.
- Temporizadores. Son contadores que se activan con una seal de reloj interna o
externa.
3.2.1 Microcontrolador AT89S52
El microcontrolador El AT89S52 es un microordenador de 8 bitsde baja potencia, de alto
rendimiento del CMOS. El dispositivo es manufacturado usando tecnologa de memoria
permanente de alta densidad de ATMEL.
3.2.2 Microcontrolador PIC16F84A
Debido a su facilidad de uso y a sus mltiples aplicaciones, el PIC16F84A es uno de los
microcontroladores ms utilizados en la actualidad para realizar proyectos sencillos. Este
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microcontrolador puede trabajar con una frecuencia mxima de 10 MHz y se alimenta con
5 volts. Se comunica por medio de los puertos A y B que trabajan entre 0 y 5 volts, los
cuales se pueden usar como entradas para recibir datos y salidas para manipulardispositivos externos. El puerto A consta de 5 lneas que van de los pines RA0 a RA4,
mientras que el puerto B puede trabajar con 8 lneas que van del RB0 a RB7. En el PIC
16F84A la memoria almacena el programa el cual contiene todas las instrucciones
necesarias, para poder manipular el microcontrolador y poder realizar la tarea asignada.
El microcontrolador PIC16F84 (Circuito Integrado Programable), est basado en memoria
EEPROM o FLASH de 8 bits, desarrollado por Microchip Technology utilizando
tecnologa CMOS, el PIC16F84A se fabrica en dos tipos de encapsulacin, SOIC (Montaje
superficial) utilizado en circuitos muy complejos y el DIP (Versin convencional) es de un
mayor tamao pero de menor costo.
Figura 3.1 Encapsulado DIP del PIC16F84A.
El microcontrolador integra la siguiente estructura, CPU, RAM, ROM y puertos de entrada
y salida. Siendo de alta velocidad y de un bajo costo, es ampliamente utilizado en una gran
cantidad de funciones.
Distribucin y funcin de terminales
El encapsulado DIP de 18 terminales es muy econmico. El PIC16F84 es uno de los
microcontroladores ms utilizados en la actualidad, debido a sus mltiples aplicaciones y
facilidad de uso.
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Figura 3.2 Diagrama de pins del PIC16F84A.
Tabla 3.1 Descripcin la funcin de cada una de las terminales.
No.Terminal
NOMBRE TIPO DESCRIPCION
1 RA2 I/O Lnea bidireccional del puerto A.
2 RA3 I/O Lnea bidireccional del puerto A.
3 RA4/TOCKI I/OLnea bidireccional del puerto A, o entrada de reloj
para el TMR0.
4 MCLR I/P Reset/Entrada del voltaje de programacin.
5 Vss P (GND).
6 RBO/INT I/OPuerto B bidireccional o interrupcin externa.
7 RB1 I/O Lnea bidireccional del puerto B o interrupcin.
8 RB2 I/O Lnea bidireccional del puerto B o interrupcin.
9 RB3 I/O Lnea bidireccional del puerto B o interrupcin.
10 RB4 I/O Lnea bidireccional del puerto B o interrupcin.
11 RB5 I/O Lnea bidireccional del puerto B o interrupcin.
12 RB6 I/O Lnea bidireccional del puerto B o interrupcin.
13 RB7 I/O Lnea bidireccional del puerto B o interrupcin.
14 Vdd P Alimentacin.
15 OSC2/CLKOUT
O Salida del oscilador a cristal.
16 OSC1/CLKIN I Entrada del oscilador a cristal o entrada de la fuente
de reloj externa.
17 RA0 I/O Lnea bidireccional del puerto A.
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18 RA1 I/O Lnea bidireccional del puerto A.
3.2.3 Microcontrolador PIC16F877A
Este microcontrolador tambin tiene caractersticas similares a las del PIC16F84A pero
tiene ms puertos y ms funciones que nos permiten tener menos conexiones en hardware.
El encapsulado DIP es de 40 terminales. El PIC16F877A tiene varias funciones entre ellas
convertidor analgico digital, timers y manejo de I2C.
Figura 3.3 Encapsulado DIP del PIC16F877A.
Tabla 3.2 Descripcin las caractersticas del PIC16F877A.
Caracterstica PIC16F877AFrecuencia de operacin DC-20 MHZ
Resets(y retardos)POR, BOR(PWRT, OST)
Memoria Flash de programa 8 K
Memoria de datos(Bytes) 368Memoria de datos EEPROM
(bytes)256
Interrupciones 15Puertos I/O Puerto A,B,C,D,E
Timers 3Modulo 2
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Comparacin/Captura/PWMComunicaciones seriales MSSP, USART
Comunicaciones Paralelas PSPModulo de 10 bits anlogo-
digital 8 canales de entradaTotal de Instrucciones 35 instrucciones
Tipo de encapsulado
40-pin PDIP44-pin PLCC44-pin TQFP44-pin QFN
3.3 Sensor de Temperatura Serial TCN75
El TCN75 de Microchip es un sensor de temperatura programable serialmente (I2C) que
adems puede notificar al procesador controlador cundo la temperatura ambiente excedeel valor de set point programado por el usuario. Esta notificacin la realiza a travs del pin
de salida INT/CMPTR el cual puede ser programado como un simple comparador para
operacin como termostato o como una interrupcin por evento de temperatura. La
histresis tambin puede ser programada. La comunicacin con el TCN75 es realizada va
un bus de 2 hilos que es compatible con el protocolo estndar de la industria. Este permite
leer la temperatura actual, programar el set point y la histresis y configurar el dispositivo.
Este sensor trabaja en el rango de 55 C a +125 C con precisin de 0.5 C, viene
normalmente en encapsulado SOIC de 8 pines y existen modelos para trabajar con voltajes
de 3.3 y 5 volt.
Tabla 3.3 Descripcin de pins del sensor digital TCN75.
Pin Smbolo Funcin1 SDA Datos seriales Bi-direccional2 SCL Entrada de reloj bus serial3 INT/CMPTR Salida interrupcin o comparador4 GND Comn
5 A2 Pin Seleccin Direccin (MSB)6 A1 Pin Seleccin Direccin7 A0 Pin Seleccin Direccin (LSB)8 VDD Entrada fuente de poder
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Tabla 3.4 Descripcin de los registros del sensor digital TCN75.
Nombre Descripcin Ancho Lectura Escritura NotasTEMP Temperatura
ambiente16 X X Formato
Complemento a2
TSET Temperatura Setpoint
16 X X FormatoComplemento a
2THYST Temperatura
Hysteresis16 X X Formato
Complemento a2
POINT Apuntador deRegistros
8 X X
CONFIG Registro deConfiguracin
8 X X
Registro Temperatura (TEMP), 16 bits, slo lectura
D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
MSB D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 LSB X X X X X X X
Registro Temperatura Set Point (TSET), 16 bits, Lectura/escritura
D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
MSB D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 LSB X X X X X X X
Registro Hysteresis (THYST), 16 bits, Lectura/escritura
D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
MSB D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 LSB X X X X X X X
3.4 Optoacoplador
Un optoacoplador es un dispositivo de emisin y recepcin de luz que funciona como uninterruptor. Consiste en un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexin entre ambos es
ptica. Se utiliza cuando se va a conectar corriente alterna y circuitos de bajo voltaje.
3.5 TRIAC
El TRIAC es parecido a un DIAC, el DIAC es una combinacin paralela inversa de dosterminales de capas de semiconductor que permite el disparo de tensin en cualquier
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direccin, pero el TRIAC tiene adems una compuerta de control en la cual se aplica unaseal de voltaje. Se utiliza para controlar el paso de corriente alterna.
3.6 Sensor de Temperatura
Un sensor es un dispositivo que a partir de la energa del medio donde se mide, da una
seal de salida transducible que es funcin de la variable medida, es decir toma una seal
del medio fsico y la convierte a una seal de voltaje, en este caso mide la temperatura del
ambiente.
3.6.1 Sensor de Temperatura LM35
El sensor de temperatura LM35 es anlogo tiene tres pines de conexin, el primero para 5
volts, el segundo es la salida y el tercero va a tierra. Este sensor entrega en su salida 10mv
por grado centgrado y el rango de temperatura que puede leer va desde -155 grados hasta
+150 grados centgrados. La seal anloga se puede procesar y convertir a digital por
medio de un ADC.
Figura 3.4 Sensor de temperatura LM35 encapsulado plstico visto por abajo.
Hay varias formas de conectar este sensor anlogo dependiendo el uso que queremos darle
en la hoja de datos se sugieren algunas opciones una de ellas se presenta en la figura(3.5).
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Figura 3.5 Sensor de temperatura LM35 conexin tpica.
3.7 Pantalla de Cristal Lquido (Liquid Crystal Display LCD)
Es una pantalla de cristal lquido para mostrar mensajes o cualquier carcter alfanumrico.
La pantalla tiene una matriz de caracteres de 5 x 7 puntos normalmente distribuidos de 1 a
4 lneas de 16 hasta 40 caracteres cada lnea. Tiene integrado un microcontrolador Hitachi
44780 que lleva programado el proceso de visualizacin.
3.8 Mdulo receptor RWS-434 y trasmisor TWS-434
El TWS-434A y RWS-434 son elementos excelentes en las aplicaciones que requieren
rangos cortos de Radiofrecuencia.
El TWS-434 es un mdulo transmisor el cual tiene una potencia de salida de hasta 8 mW a433.92 MHz, alcanzando distancias de aproximadamente 60 metros en espacios abiertos yde 30 metros en espacios internos donde se tengan obstculos.
El Transmisor TWS-434 acepta seales digitales de entrada, puede operar con una tensin
que va desde 1.5 Volts a 12 Volts-DC.
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Figura 3.6 Transmisor TWS-434A.
El RWS-434 es un mdulo receptor que funciona a una frecuencia de 433.92 MHz. El
receptor RWS-434 opera con una alimentacin entre 4.5 y 5.5 Volts-DC, lo cual nospermite un gran ahorro de energa.
Figura 3.7 Receptor RWS-434.
3.9 Codificador CIP-8E
Este codificador es un PIC16F687 programado para leer 8 bits de datos y codificarlos en un
paquete que se entrega por una sola lnea de salida hacia un transmisor.
La razn de utilizar una codificacin es porque al enviar la seal a travs de radio
frecuencia el receptor debe reconocerla ya que hay varias seales que pueden llegar, sin
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embargo solo una nos interesa descifrar. Un ejemplo de codificacin puede hacerse como el
ejemplo de la figura (3.8).
Figura 3.8 Ejemplo de codificacin [9].
En el paquete de desarrollo RFPIC de Microchip se presenta este tipo de codificacin
utilizada para enviar por una sola lnea de salida del RFPIC el siguiente formato con la
informacin a transmitir, que consta de cuatro partes las cuales se explican a continuacin.
Prembulo: que es un nmero determinado de pulsos, los cuales duran un tiempo definido.
Header: En el header la lnea que est enviando la informacin se queda en nivel bajo por
una cantidad de tiempo definida.
Data: En esta parte se empiezan enviar los bits de datos.
Figura 3.9 Formato de un cero.
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Figura 3.10 Formato de un uno.
Guard Time: Cuando se terminan de enviar datos la lnea que est enviando la informacin
se pone a nivel bajo nuevamente como en el header pero dura un tiempo diferente a ste.
3.10 Decodificador CIP-8DEl decodificador CIP-8D es un PIC16F687 programado para descifrar el cdigo que le
entrega el receptor RWS-434 en un pin de entrada y enva 8 bits con el dato recibido por un
puerto de salida.
Siguiendo el ejemplo de la figura (3.8) de la seal enviada por RF. El receptor para
reconocerla contara los pulsos verificando el tiempo de duracin de cada parte del formato
de cdigo. As por ejemplo hasta que reciba la cantidad de pulsos esperada del prembulo
iniciar a recibir la informacin, verificando todo el formato y si alguna parte no coincidecon lo que se espera vuelve a la espera del prembulo correcto.
3.11 Convertidor Anlogo Digital (ADC)
Un convertidor anlogo digital consiste en un circuito electrnico que convierte una seal
de voltaje a una seal discreta o digital. La seal digital depende de cuantos bits sea el
convertidor as como de un voltaje de referencia conectado al circuito. Por ejemplo, un
ADC de 8 bits, puede tener 2n cdigos digitales. En la figura (3.11) se representa la
resolucin de una ADC de 8 bits.
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Figura 3.11 Resolucin de un ADC
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CAPITULO 4
Desarrollo del Prototipo
El prototipo a desarrollar permitir controlar un ventilador de techo el cual tendr la
funcin de homogenizar la temperatura de una habitacin y as generar un clima ms
confortable.
El prototipo consta de dos etapas:
Etapa transmisora: Se utilizar un microcontrolador AT89S52 de ATMEL para lograr
una interfaz en donde el usuario pueda seleccionar la temperatura deseada por medio de
botones y visualizar el valor en un display, adems se conectar a un puerto del
microcontrolador un codificador de datos que permita enviar la informacin proporcionada
por el usuario a un transmisor TWS-434A el cual realiza la transmisin por medio de
radiofrecuencia.
Etapa Receptora: El dato enviado ser captado por el receptor RWS-434 al cual se
conectar un decodificador de 8 bits, el dato decodificado ser ledo por un
microcontrolador PIC que tambin tomar lectura de un sensor de temperatura y har la
comparacin de estos dos datos activando una salida si el dato ledo por el sensor esta en el
rango programado para encender el ventilador.
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En la siguiente figura (4.1) se describe el diagrama general del prototipo.
Figura 4.1 Diagrama de bloques del sistema.
Inicialmente se realizaron pruebas para determinar cmo podra ayudar un ventilador en la
homogenizacin de temperatura en espacios cerrados. A continuacin se presentan las
figuras de los resultados obtenidos.
La primera prueba se realiz para conocer los cambios de temperatura utilizando la
calefaccin en una casa habitacin, las medidas se tomaron dentro de una recmara.
En la figura (4.2) se muestra que al encender la calefaccin se va notando una diferencia de
temperatura entre la parte alta y la parte baja de la habitacin, conforme avanza el tiempo
se pone mas caliente la parte superior mientras que casi no hay cambio en la parte baja.
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0
5
10
15
20
25
30
35
0 min 3 min 4 min 5 min 6 min 8 min 10 min
temp inf
temp sup
Figura 4.2 Resultado de la prueba en una casa con calefaccin sin activar ventilador.
En la figura (4.3) se muestran los resultados al encender la calefaccin pero ahora tambin
encendiendo un ventilador de techo. Como podemos ver la temperatura se homogeniza rpidamente
y se mantiene muy similar en la parte superior y la parte inferior de la habitacin.
0
5
10
15
20
25
30
0 min 1 min 3 min 4 min 5 min 6 min 8 min 9 min 10
min
temp inf
temp sup
Figura 4.3 Resultado de la prueba en una casa con calefaccin activando ventilador.
En la segunda prueba se encendi la calefaccin activando y desactivando el ventilador se observ
que al encender el ventilador la temperatura empezaba a homogenizarse y al apagar el ventilador no
tardaba mucho tiempo en notarse diferencia de temperatura en la parte inferior y superior.
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En la figura (4.4) se pueden observar los resultados.
Figura 4.4 Comportamiento de la temperatura en habitacin con calefaccin.
4.1 Anlisis de material
Para empezar el desarrollo del proyecto se instal en una computadora software de
programacin de microcontroladores y programas de simulacin de circuitos as como las
hojas de datos de los componentes a utilizar. Con el fin de comprender el funcionamiento
de los dispositivos elegidos se realizaron las siguientes pruebas.
4.1.1 Comunicacin Inalmbrica
Con el fin de utilizar comunicacin inalmbrica RF se realizaron pruebas con los mdulos
transmisor y receptor del paquete de desarrollo de Microchip RFPIC Development Kit.
Se program el mdulo transmisor con el archivo de prueba XMIT_DEMO.HEX
utilizando la tablilla PIC starter de Microchip (Figura 4.2).
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Figura 4.5 Conexin del transmisor.
Se program el PIC16F676 para funcionar con el mdulo receptor con el programa
RCVR_DEMO.HEX (Figura 4.6).
Figura 4.6 Conexin de prueba para el transmisor.Conectamos en el mdulo transmisor a 5v, al presionar un botn en ste se enciende un
LED en la tablilla de programacin PIC starter.
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El transmisor funcion correctamente a diferentes distancias del receptor en una habitacin
chica.
Se program el mdulo transmisor con una prueba para enviar datos que funcion
correctamente.
4.1.2 Componentes para Interfaz con el Usuario
Las siguientes pruebas se realizaron con el objetivo de verificar que nuestro
microcontrolador ATMEL funcionara sin problemas y posteriormente implementar su uso
para hacer una interfaz con el usuario del sistema de activacin del ventilador, utilizando
este microcontrolador y una pantalla LCD con el cual tambin se hicieron las pruebas que acontinuacin se muestran.
Se program el microcontrolador AT89S52 con un cdigo para rotar LEDs el cual funcion
correctamente simulado (Figura 4.7) y armado en protoboard.
Figura 4.7 Conexin del circuito de prueba funcionamiento AT89S52.Se elabor y program cdigo para probar funcionamiento del LCD simulado (Figura 4.8)
y en protoboard.
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Figura 4.8 Conexin del circuito de prueba AT89S52- LCD.
4.1.3 Activacin de Alimentacin de Corriente Alterna con Seal Digital
Para poder controlar un ventilador de techo con una seal digital es necesario utilizar un
optoacoplador y un TRIAC, ya que la seal digital es de 5 volts y el ventilador requiere de
un voltaje de corriente alterna de 110 volts por esta razn se hizo la prueba que a
continuacin se presenta.
Se construy circuito para activar el paso de corriente alterna con una seal digital
utilizando optoacoplador, TRIAC y un foco simulado (Figura 4.9) y armado en protoboard.
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Figura 4.9 Conexin de circuito de prueba para optoacoplador y TRIAC.
4.1.4 Control de Activacin del Ventilador
Un circuito con PIC controlar la seal digital de activacin del ventilador por lo cual se
verific que funcionara del PIC16F84A con el cual se realizaron pruebas posteriormente
con el sensor de temperatura.
Se program el microcontrolador PIC16f84A con un cdigo para prender dos LEDs
alternadamente el cual funcion correctamente simulado (Figura 4.10) y armado en
protoboard.
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Figura 4.10 Conexin del circuito para probar el PIC16F84A.
4.1.5 Funcionamiento del Sensor TCN75
Ya que uno de nuestros objetivos es controlar la temperatura de las casas habitacin,
requerimos un sensor para este propsito. Las siguientes pruebas se realizaron con el fin de
comprobar el funcionamiento del sensor digital de temperatura TCN75.
Se elaboraron libreras con funciones de I2C para utilizar con el sensor TCN75 y PIC
Se program el PIC16F877A para leer el sensor TCN75 por medio del protocolo I2C
Con el fin de revisar que microcontrolador funciona mejor para la aplicacin se program
el PIC16F84A para leer el sensor digital TCN75.
Se llev a cabo la construccin de circuitos de prueba para cada uno de los PICs y as
determinar cual utilizaramos.
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Figura 4.11 Conexin de PIC16F84A y sensor I2C.
Figura 4.12 Conexin de PIC16F877A y sensor I2C.
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En la figura (4.13) se muestra el circuito con un PIC16F84A que lee la temperatura delsensor y lo muestra en los LEDs como dato binario de 8 bits.
Figura 4.13 Conexin de circuito para probar sensor TCN75.
4.1.7 Resultado del Anlisis
El resultado de estas pruebas fue exitoso por lo que se procedi a realizar la
implementacin del proyecto
4.2 Implementacin del Proyecto.
A continuacin se describir el procedimiento que se llev a cabo para desarrollar el
prototipo con descripcin de los programas y diagramas de flujo.
4.2.1 Interfaz con el usuario
El primer programa implementado es para crear una interfaz con el usuario del sistema en
la etapa transmisora el cual cuenta con los siguientes elementos:
Un microcontrolador AT89S52 de ATMEL con un display LCD y cuatro botones, a
continuacin se explica la funcin de este circuito.
El LCD muestra nmeros y texto para permitir al usuario seleccionar la temperatura por
medio de los botones.
La funcin de los botones es permitir al usuario modificar la temperatura y enviar el dato alreceptor
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Botn Cursor:Seala la posicin del cursor para establecer valor del primer digitoo del segundo. 00 00
Botn Up: Sirve para ir subiendo el valor del digito donde esta posicionado elcursor 02
Botn Down:Sirve para bajar el valor del digito donde esta posicionado el cursor01
Botn Enter:Enviar dato en formato binario a un puerto del microcontrolador
Ejemplo: Si seleccionamos un 57 en pantalla, la salida es 111001 en un puerto.
El dato de salida se enviar por radiofrecuencia al circuito receptor donde se controla la
activacin del ventilador.
A continuacin se muestran los diagramas de flujo para realizar el programa delfuncionamiento de la interfaz con el usuario (Figura 4.14)
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Inicio
Mostrar mensajeen LCD
Subrutina UNDEC
Botn UPpresionado?
Subrutina AUMENTA
Botn DOWNpresionado?
Subrutina DISMINUYE
Botn ENTERpresionado?
Subrutina ACCIONA
Checar Botones
Si
Si
Si
No
No
No
No
Botn CURSORPresionado
Si
Checar Botones
Figura 4.14 Diagrama del programa transmisor
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Figura 4.15 Subrutina Undec.
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CURSOR=DECENAS
Checar Botones
CURSOR segundo renglncolumna 1?
Revisar el rango deunidades de 0 a 9
Mostrar posicin delCURSOR en LCD
Mostrar Unidades en Display
Checar BOTONES
CURSOR 2do. renglncolumna 2
No
No
Si
Si
Revisar el rango deDecenas de 0 a 9
Decenas = Decenas + 1
Mostrar Decenas en Display
CURSOR 2do. renglncolumna 1
Unidades=Unidades + 1
Figura 4.16 Subrutina Aumenta.
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CURSOR=DECENAS
Checar Botones
CURSOR segundo renglncolumna 1?
Revisar el rango deunidades de 0 a 9
Mostrar posicin delCURSOR en LCD
Checar BOTONES
CURSOR 2do. renglncolumna 2
No
No
Si
Si
Revisar el rango deDecenas de 0 a 9
Decenas = Decenas - 1
Mostrar Decenas en display Mostrar Unidades en display
Unidades = Unidades - 1
CURSOR 2do. renglncolumna 1
Figura 4.17 Subrutina Disminuye.
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Enviar a un puertode salida
Convertir ASCII del nmeroseleccionado por el usuario
a un nmero binario
Checar Botones
Figura 4.18 Subrutina Acciona.
En la figura (4.19) se muestra el circuito para probar el funcionamiento de la interfaz de usuario.
.
Figura 4.19 Construccin de circuito de interfaz de usuario.
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4.3 Programa para funcionamiento del circuito receptor
El programa que se implementa en el PIC16F877A es para permitir que conforme al dato
enviado por el usuario, se encienda el ventilador de techo conforme a la temperaturadeseada. El PIC tomar la lectura del sensor y leer del decodificador el dato del usuario
haciendo comparaciones para activar o no el optoacoplador conectado a un pin de salida del
PIC.
En la figura (4.20) se presenta el diagrama de flujo para realizar el programa que controlar
la activacin del ventilador en el circuito receptor.
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Figura 4.20 Diagrama de Flujo para el receptor.
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En la figura (4.21) se presenta el diagrama de todo el sistema.
Figura 4.21 Diagrama de Flujo del Sistema.
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1
Para la comunicacin inalmbrica por radiofrecuencia se realizaron pruebas con el paquete
de desarrollo RFPIC de microchip y el kit de comunicacin TWS-434A /RWS-434, con el
fin de elegir los componentes ms prcticos para la comunicacin inalmbrica.
4.4 Prueba del transmisor TWS-434A
En la siguiente figura (Figura 4.22) se presenta el diagrama de conexin para probar el
funcionamiento del transmisor TWS-434A con su codificador de datos
Figura 4.22 Conexin del Transmisor TWS-434A al Decodificador.
4.5 Prueba del Receptor RWS-434
El receptor RWS-434 se prob con el diagrama de la figura (4.23) en la que se muestratambin en decodificador de datos y su respectiva antena.
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Figura 4.23 Conexin del Receptor Rws-434 al Decodificador RWS-434.
El resultado de las pruebas mencionadas en los puntos (4.4) y (4.5) fue exitoso. Se hizo la
comparacin entre el paquete de desarrollo de microchip y estos los mdulos que son ms
sencillos de utilizar, ms prcticos y no son tan sensibles a esttica y ruido por lo que
decidimos utilizar estos ltimos para la comunicacin inalmbrica.
En la figuras (4.24) y (4.25) se presenta la construccin del circuito transmisor que serealiz para comprobar el funcionamiento de los componentes de comunicacin RF.
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Figura 4.24 Circuito Transmisor en protoboard.
Figura 4.25 Circuito transmisor con antena.
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Figura 4.26 Circuito transmisor mostrando dato a enviar.
En la Figura (4.27) se muestra el funcionamiento del RWS-434 con el circuito receptor
verificando que el dato que fue enviado desde el TWS-434A (Figura 4.26).
Figura 4.27 Circuito receptor en protoboard.
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Figura 4.28 Circuito receptor mostrando dato recibido del TWS-434.
4.6 Lectura del sensor LM35
Con el fin de probar el funcionamiento de ste sensor de temperatura se program el PIC16F877A
para que tomara la lectura del LM35 por una entrada anloga y mostrara el dato obtenido en el
ADC(Convertidor Anlogo Digital) interno de este PIC por un puerto de salida digital.
En la figura (4.29) se muestra la conexin.
Figura 4.29 Lectura de LM35 y salida digital.
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Capitulo 5
Resultados
En este captulo se explican los procedimientos de integracin de todo el sistema. En base a
las pruebas de hardware y software realizadas se eligieron los componentes a utilizar en
nuestro sistema realizando algunos cambios de lo que se plante en un inicio.
5.1 Etapa transmisora
Esta etapa consiste en la interfaz con el usuario y el envo de la temperatura seleccionada atravs de un transmisor que utiliza como medio de comunicacin radiofrecuencia.
Uno de los cambios fue sustituir los mdulos de transmisor y receptor de microchip RFPIC
por los mdulos transmisor y receptor TWS-434A/ RWS-434 por ser stos ms prcticos y
sencillos de utilizar, adems de contar con mejores antenas disminuyendo el riesgo de
interferencias.
A continuacin se enlista los componentes principales de la etapa transmisora que incluye
la interfaz con el usuario y el envo de la informacin, el cdigo del microcontrolador se
anexa en el Apndice C por su extensin.
1 Microcontrolador AT89S52
1 LCD LM071L
4 Botones de pulsacin
1 Codificador CIP-8E
1 Transmisor RF TWS-434A1 Antena
En la figura (5.1) se muestra en diagrama de la etapa transmisora en el cual el usuario
puede elegir la temperatura deseada por medio de unos botones, un display LCD muestra
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este valor el cual es procesado por el microcontrolador AT98S52 y enviado en formato
binario por un puerto de salida de 8 bits. Este puerto es conectado al Codificador CIP-8D,
el cual tiene la funcin de convertir los 8 bits de entrada en un paquete de datos que salenpor una sola lnea hacia el transmisor TWS-434A.
Figura 5.1 Diagrama de la Etapa Transmisora.
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En la figura (5.2) se presenta la fotografa del circuito armado que funcion correctamente.
Figura 5.2 Circuito en protoboard de la interfaz de usuario.
Figura 5.3 Circuito interfaz de usuario con transmisor en protoboard
5.2 Etapa receptora
Esta etapa consiste en controlar la activacin de alimentacin del ventilador de techo segn
la temperatura elegida por el usuario.
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Los cambios realizados en el circuito receptor son los siguientes: se sustituy el sensor
digital TCN75 por el sensor LM35 ya que consideramos que ste es un componente ms
comercial y sencillo de aplicar aunque se hicieron pruebas con el sensor digital tambintiene la desventaja de ser sensible a la energa esttica y de que si se llega a daar no se
consigue de manera rpida.
Los componentes principales utilizados para la etapa receptora son los siguientes:
1 Mdulo Receptor RWS-434
1 Antena
1 Decodificador CIP-8D
1 Sensor analgico LM35
1 PIC16F877A
1 Optoacoplador MOC3031
1 TRIAC MAC12D
1 Ventilador
En la figura (5.4) se presenta el diagrama de conexin de la etapa receptora
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Figura 5.4 Diagrama de conexin etapa receptora.
La seal enviada del transmisor llega al Receptor RWS-434 y despus sale hacia undecodificador CIP-8D, este decodificador tiene la funcin contraria al codificador,transforma el paquete de datos que viene del transmisor en 8 bits y estos salen hacia elPIC16F877A, el microcontrolador compara los valores del decodificador con los del SensorLM35, y se activa el ventilador segn el diagrama de flujo del receptor mostrado en el
captulo 4 en la figura (4.20). El cdigo de ste programa se anexa en el Apndice C por suextensin.
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En la figura (5.5) se muestra el circuito receptor con sensor de temperatura y acoplamientopara activar corriente alterna.
Figura 5.5 Circuito receptor para activacin de ventilador
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CONCLUSIONES.
En cuanto al desarrollo de este proyecto observamos que lo ms importante es la planeacin
y tomar en cuenta todas las ventajas e inconvenientes de los materiales que se vayan autilizar, as como tener opciones alternativas en caso de que un componente no cumpla conlas expectativas de los resultados que deseamos obtener. Por otra parte cuando elegimos loscomponentes stos deben ser fciles de conseguir de modo que si se descomponecualquiera de ellos se puedan reemplazar con rapidez ya que de lo contrario se pierdemucho tiempo, tambin debemos revisar cuales componentes podemos adaptar mejor alproyecto, adems de que podamos implementarlos en dentro del tiempo lmite que tenemos.
En cuanto a los resultados obtenidos cubrimos una parte importante del desarrollo eimplementacin, pero por cuestiones de tiempo y cambio de componentes no llegamos a la
parte de instalacin del sistema ya en forma de dispositivo terminado.
Entre las mejoras que se pueden realizar consideramos las siguientes:
- Implementar este sistema para aire acondicionado y no solo para calefaccin
- Que el control remoto se pueda extender hacia todas las reas de una casahabitacin funcionando para los ventiladores que se desee.
- Disear las cajas que contengan los circuitos.
- Aadir a la programacin el control de la velocidad y el sentido en el que giran lasaspas del ventilador.
- Reducir el tamao de los circuitos.
El tamao de los circuitos podra reducirse a la mitad o menos, en la parte del circuitotransmisor podemos utilizar un PIC16F684 de dos puertos con oscilador interno, tambinpodemos eliminar el codificador programando la codificacin en el mismo PIC ya que solose requiere de una lnea de salida para pasar la informacin al transmisor. El circuitotransmisor quedara como se muestra en la figura (A).
El circuito receptor podra utilizar un PIC12F675 de 8 pins con oscilador interno ya quetambin cuenta con ADC, adems se puede programar la decodificacin en este PICeliminando el uso del decodificador. El circuito receptor quedara como se muestra en lafigura (B).
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Figura A Circuito transmisor reducido.
Figura B Circuito receptor reducido.
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APNDICE A
HOJAS DE DATOS DEL CIRCUITO TRANSMISOR
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LIQUID CRYSTAL DISPLAY (LCD)
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APENDICE B
HOJAS DE DATOS DE CIRCUITO RECEPTOR
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APENDICE C
CODIGOS DE PROGRAMACION
;CODIGO PARA MICROCONTROLADOR AT89S52
;************************************************************
;* LCD BOTONES up down, salida puerto
;* *
;* PROYECTO *
;* ITZEL LOPEZ HERNANDEZ *
;* DANIEL ZUIGA CASTRO
;************************************************************
;---- Constantes para manejo del timer ---------------------cero equ 1 ; Sin Multiplicador
cinco equ 5 ; 1/4 de Segundo
diez equ 10 ; 1/2 Segundo
veinte equ 20 ; 1 Segundo
;----- LCD --------------------------------------------------
EN EQU P3.7
RS EQU P3.6
RW EQU P3.5
;-------------------------BOTONES UP DOWN--------------------
UP EQU P3.0 ;AUMENTAR TEMPERATURA DE ACTIVACION
DOWN EQU P3.1 ;DISMINUIR TEMPERATURA DE ACTIVACION
ENTER EQU P3.2 ;ENTER , PARA ENVIAR SEAL PARA TRANSMISOR
CURSOR EQU P3.3 ;MOVIMIENTO DEL CURSOR
;
;POSLCDR1 EQU 80H 09/02/10
;POSLCDR2 EQU 0C0H 09/02/10
;
;------------------------------------------------------------
ORG 00h ; Vector de Reset
MOV SP,#30H
;Configura: 09/02/10
;-------------- Configurar Timer 0---------------------------
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ANL TMOD,#0F0H ; BITS TIMER0 OFF
ORL TMOD,#01H ; MODO 16 TIMER 0
;------------------------------------------------------------
MOV P1,#0F0h
;----------CONFIGURACION DE ENTRADAS, BOTONES-----------------
SETB UP ;SELECCIONAR COMO ENTRADA
SETB DOWN
SETB ENTER
SETB CURSOR
;
; INICIALIZACION DEL LCD
;
LCALL LCDInic
;
;-----------------------------------------------------------
;-------------------------
;Mensaje por medio de tablas
;MOV A,#80H ;CURSOR EN EL PRIMER RENGLON PRIMER ESPACIO
;LCALL COMMAND
;MOV DPTR,#MENS1
;ACALL DISPLAY
;MOV A,#0C0H
;LCALL COMMAND
;MOV DPTR,#MENS2
;LCALL DISPLAY
;MOV A,#01H
;LCALL COMMAND
;MOV A,#80H
;ACALL COMMAND
;MOV DPTR,#MENS3
;LCALL DISPLAY
MOV A,#0C0H ;CURSOR EN SEGUNDO RENGLON PRIMER ESPACIO
LCALL COMMAND ;COMANDOS DEL LCD
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MOV DPTR,#MENS16 ;VALOR DE TABLA: CERO
LCALL DISPLAY ;MOSTRAR EN LCD
;RUTINA PARA REVISAR BOTONES UP DOWN
;----------------------------------------------------------------
BOTONES:
MOV R5,#030H ;INICIALIZAR REGISTRO DE DECENAS 10/05/2010
MOV R6,#030H ;INICIALIZAR REGISTRO DE UNIDADES 10/05/2010
;---------SOLO PRUEBA ----QUITAR 10/02/2010
;MOV B,#02H
;MOV R4,#02H
;MOV R0,#30H
;MOV R5,#035H
;MOV R6,#037H
;------------------------------------------------
CHECAR:
LCALL DELAY20mS1 ;******9/feb/2010 retardo contra rebote
JNB CURSOR,UNDEC ;SI EL BOTON ES PRESIONADO SALTA A UNDEC
LCALL DELAY20mS1
JNB UP,AUMENTA ;SI EL BOTON ES PRESIONADO BRINCA A AUMENTA
LCALL DELAY20mS1
JNB DOWN,DISMINUYE ;SI EL BOTON ES PRESIONADO BRINCA A DISMINUYE
LCALL DELAY20mS1
JNB ENTER,polin ;SI EL BOTON ES PRESIONADO BRINCA A ACCIONA
JMP CHECAR ;ESPERA A QUE ALGUN BOTON SEA PRESIONADO
polin:
LJMP ACCIONA
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;----------------SE PRESIONO BOTON CURSOR--------------------------------------------
UNDEC:
MOV A,#0C1H ;MUEVE AL ACUMULADOR SEGUNDO RENGLON SEGUNDO ESPACIO LCD
MOV R4,#01H ;GUARDAR POSICION DEL CURSOR UNIDADES ***------27/ene/10--------
LCALL COMMAND ;POCISIONA CURSOR
LCALL DELAY20mS1 ;*********9/feb/2010
JNB CURSOR,UNDEC2 ;SI EL BOTON ES PRESIONADO SALTA A UNDEC2
JMP CHECAR ;VOLVER A CEHCAR BOTONES
UNDEC2:
MOV A,#0C0H ;POSICION EN PRIMERA COLUMNA RENGLON DOS
MOV R4,#02H ;GUARDAR POSICION DEL CURSOR DECENAS ****-----27/ene/10--------
LCALL COMMAND ;POSICIONA CURSOR
LJMP CHECAR ;VOLVER A CHECAR BOTONES
;-----------------------SE PRESIONO BOTON UP-----------------------------------
AUMENTA:
cjne r4,#02h,posic1 ;------10/02/2010 compara r4 con #2 y salta si es diferente
mov a,#0C0H ;posicion del cursor segundo renglon primer columna
LCALL COMMAND ;muestra cursor en lcd
Ljmp aum ;salto a etiqueta
posic1: ;etiqueta
mov a,#0C1H ;posicion del cursor segundo renglon columna
LCALL COMMAND ;posicion del cursor en lcd
aum: ;etiqueta -----------10/02/2010
cjne r4,#02h,incuni ;compara donde esta el cursor
LCALL CAUM
INC R5 ;esta en decenas , incrementa R5
LCALL MUD
Ljmp dc1 ;salta a etiqueta
incuni: ;esta en unidades, incrementa R6
LCALL CAUM
INC R6 ;R6+1
LCALL MUD,dc1: ;ETIQUETA para decrementar contador rango 0-9
;DJNZ R1,CHECAR ;DECREMENTA R1,SI AUN NO LLEGA A CERO SALTA A CHECAR
dc1:
LJMP CHECAR
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;-----------------------------SE PRESIONO BOTON DOWN----------------------------------------------
DISMINUYE:
cjne r4,#02h,posic2 ;------10/02/2010 compara r4 con #2 y salta si es diferente
mov a,#0C0H ;posicion del cursor segundo renglon primer columna
LCALL COMMAND ;muestra cursor en lcd
Ljmp _1 ;salto a etiqueta
posic2: ;etiqueta
mov a,#0C1H ;posicion del cursor segundo renglon columna
LCALL COMMAND ;posicion del cursor en lcd
_1:
dism2: ;no es down el primer boton en ser presionado
cjne r4,#02h,decuni2 ;donde esta el cursor
LCALL CAMB ;en decenas, checar valor que este en rango minimo 0
DEC R5
LCALL MUD
Ljmp dc2 ;salto a etiqueta
decuni2:
LCALL CAMB ;en unidades, checar valor que este en rango minimo 0
DEC R6 ;decrementar unidades
LCALL MUD
dc2: ;para decrementar
LJMP CHECAR ;salto a checar los botones
;********************************SUBRUTINA CAMBIAR ASCII PARA
DISMINUIR*****************************************************
CAMB:
cjne r4,#02h,reu
cjne r5,#30H,reg
MOV R5,#3AH
jmp reg
reu:
cjne r6,#30H,reg
MOV R6,#3AH
reg:
Ret
;
;&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&SUBRUTINA PARA CAMBIAR ASCII PARA
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;AUMENTAR&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
CAUM:
cjne r4,#02h,reu1
cjne r5,#39H,reg1
MOV r5,#2FH
jmp reg1
reu1:
cjne r6,#39H,reg1
MOV R6,#2FH
reg1:
ret
;***********************************SUBRUTINA COMUN AUMENTA
;DISMINUYE**10/05/2010*********************************************
MUD:
cjne r4,#02h,uni2 ;comparar donde esta el cursor
MOV A,R5
Ljmp mdisplay
uni2:
MOV A,R6
mdisplay: ;etiqueta para pasar a siguiente instruccion
LCALL DATA_DISPLAY
Ret
;-----------------------------------SE PRESIONO BOTON ENTER--------------------------
ACCIONA: ;---------27/ene/10-------------
mov a,r5 ;mueve lo que hay en r5 al acumulador
add a,r6 ;suma lo que hay en r6 y lo que hay en el acumulador
cjne a,#96,decadas ;compara si la suma es igual a 96 y si no salta
subb a,#96 ;96-96=0
jmp salidap ;salidapuerto
decadas:
cjne r5,#48,diez_ ;decenas =0?
jmp otrosnum ;si, entonces salta a etiqueta
diez_: ;eligio 10?
cjne r5,#49,veinte_ ;decenas=1? si no salta a etiqueta
subb a,#87 ;Si, restar al acumulador 87 ,a=97-87=10
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jmp salidap ;salida a puerto
veinte_: ;eligio 20?
cjne r5,#50,treinta ;decenas=2? si no salta a etiqueta
subb a,#78 ;si, restar a=98-78=20
jmp salidap ;salida a puerto
treinta: ;eligio 30?
cjne r5,#51,cuarenta ;decenas=3? si no salta a etiqueta
subb a,#69 ;si, restar a=99-69=30
jmp salidap ;salida a puerto
cuarenta: ;eligio 40?
cjne r5,#52,cincuenta ;decenas=4? si no salta a etiqueta
subb a,#60 ;si, restar a=100-60=40
jmp salidap
cincuenta: ;eligio 50?
cjne r5,#53,alerta ;decenas=5? si no salta a etiqueta
subb a,#51 ;si, restar a=101-51=50
jmp salidap
otrosnum:
cjne r5,#48,dieci
subb a,#96
jmp salidap
dieci:
cjne r5,#49,venti
subb a,#87
jmp salidap
venti:
cjne r5,#50,treint
subb a,#78
jmp salidap
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treint:
cjne r5,#51,cuarent
subb a,#69
jmp salidap
cuarent:
cjne r5,#52,cincuent
subb a,#60
jmp salidap
cincuent:
cjne r5,#53,sesent
subb a,#51
jmp salidap
sesent:
cjne r5,#54,setent
subb a,#42
jmp salidap
setent:
cjne r5,#55,ochent
subb a,#33
jmp salidap
ochent:
cjne r5,#56,novent
subb a,#24
jmp salidap
novent:
cjne r5,#57,alerta
subb a,#15
jmp salidap
salidap:
mov P1,A ;valor del LCD sale al puerto 0 en dato binario
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alerta:
LJMP CHECAR
;-------------------RETARDO CONTRA REBOTE---------------------------------
DELAY20mS:
CLR TR0 ;RESET Timer 0
CLR TF0 ;Bandera TF=0
MOV TH0,#76 ;50 mSegundos
MOV TL0,#00 ;
SETB TR0 ;INICIE A CONTAR Timer0
ESPERA5:
JNB TF0,ESPERA5 ;HASTA QUE DESBORDE TIMER
; --- bye se cumplio tiempo ----
CLR TR0 ;APAGAR TIMER
RET
;-------------------------------------------------------------------------
;--------------------------
CICLAR:
LJMP CICLAR
;---------------------------